JPH0365076A - Ultrasonic motor and manufacture of same - Google Patents

Ultrasonic motor and manufacture of same

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JPH0365076A
JPH0365076A JP1201681A JP20168189A JPH0365076A JP H0365076 A JPH0365076 A JP H0365076A JP 1201681 A JP1201681 A JP 1201681A JP 20168189 A JP20168189 A JP 20168189A JP H0365076 A JPH0365076 A JP H0365076A
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JP
Japan
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head mass
central shaft
rotor
ultrasonic motor
collar
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Application number
JP1201681A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Tamegai
為我井 昌司
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0365076A publication Critical patent/JPH0365076A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve a mechanical accuracy and to make the loading force of a spring to a rotor uniform by providing a central shaft, of which the collar provided with a protrusion on the outer periphery in the middle and vicinity is formed into an integral body from the same member of high tension steel, and a head mass composed of a light flexible material welded to the periphery of the collar of the central shaft. CONSTITUTION:A head mass 13 is composed of a light flexible material such as Al alloy casting and formed into an integral body with the periphery of the collar 18 of a central shaft 17a, 17b by welding. Its one end face is secured to the end face of a longitudinal vibrator 11 via insulator 16a and a rotor 20 is pressure-welded to the other end face of the head mass via sliding material 22. That is, the central shaft 17a, 17b and collar 18 are constituted from high tension steel into an integral body and the outer periphery of the collar 18 is further provided with a protrusion to be equipped with the head mass 13. Therefore, the head mass 13 is outputted to amplify its amplitude and to output power to the contact surface of the rotor 20 via the sliding material 22. Thus, the improvement of strength and the prevention of secular change fatigue failure, not to mention the improvement of mechanical accuracy, are made possible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータおよび超音波モータの製造方法に
関し、特に超音波振動を励振させる圧電振動子を有する
ステータにヘッドマスを介して圧接されたロータを回転
させ、駆動力を発生させる超音波モータおよび超音波モ
ータの製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic motor and a method for manufacturing an ultrasonic motor, and particularly relates to an ultrasonic motor that is press-welded via a head mass to a stator having a piezoelectric vibrator that excites ultrasonic vibrations. The present invention relates to an ultrasonic motor that rotates a rotor to generate driving force, and a method of manufacturing the ultrasonic motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

かかる超音波モータおよびその製造方法は、超音波振動
により回転力を得る新しい原理に基づくモータであり、
従来の電流と磁界の相互作用に基づく電磁型モータに比
べ、低速且つ高トルクと言う全く異なった特徴がある。
This ultrasonic motor and its manufacturing method are based on a new principle of obtaining rotational force through ultrasonic vibration,
Compared to conventional electromagnetic motors based on the interaction of current and magnetic fields, they have completely different characteristics of lower speed and higher torque.

すなわち、電磁モータに比べ単位体積当たりのトルクが
非常に大きく、低速で使用する際、ギヤーレス化および
ブレーキレス化が可能であり、しかも貝柱が小さくロー
タの静的な保持力が大きいため応答性に優れる長所があ
る。
In other words, the torque per unit volume is much higher than that of an electromagnetic motor, and when used at low speeds, gearless and brakeless operation is possible.Moreover, the scallop is small and the static holding force of the rotor is large, which improves responsiveness. It has great advantages.

これまで種々の超音波モータが提案されており、例えば
日本音響学会講演論文集(昭和63年10月発行)のp
p821〜822で報告されている論文「縦−捩り複合
振動を利用した超音波モータ」においては、小径で高ト
ルクを得られるモータの構造が紹介されている。
Various ultrasonic motors have been proposed so far, for example, p.
In the paper ``Ultrasonic motor using longitudinal-torsional compound vibration'' reported on pages 821-822, the structure of a motor that can obtain high torque with a small diameter is introduced.

第3図はかかる従来の一例を示す超音波モータの右半分
を断面にした正面図である。
FIG. 3 is a front view showing an example of such a conventional ultrasonic motor, with the right half cut in section.

第3図に示すように、従来の超音波モータはステータ6
0と、ヘッドマス63およびステータ70とを有してい
る。このステータ60は積層圧電アクチュエータで作ら
れた縦振動子(以下、縦振動子と称す)61と、ランジ
ュバン型捩り振動励振用圧電素子(以下、捩り振動子と
称す)62と、ヘッドマス63と、金属ブロック64と
、ナツト65.中心軸67aと、絶縁体66a。
As shown in Fig. 3, the conventional ultrasonic motor has a stator 6.
0, a head mass 63 and a stator 70. This stator 60 includes a longitudinal vibrator (hereinafter referred to as a vertical vibrator) 61 made of a laminated piezoelectric actuator, a Langevin type torsional vibration excitation piezoelectric element (hereinafter referred to as a torsional vibrator) 62, a head mass 63, metal block 64 and nut 65. A central axis 67a and an insulator 66a.

66b(以下、縦振動子61の一部と考える)とで構成
され、捩りの共振モードで駆動される。尚、この縦振動
子61はステータ60の共振周波数に一致した形で非共
振で励振される。また、ステータ60は捩りモードを利
用したメカニカルチャンネルフィルタの変換子部分の動
作において、周知の如く、あたかも雑巾をしぼる運動に
似た丸棒の捩り変形によるモードで動作する。しかも、
ステータ60はヘッドマス63により運動量がさらに増
幅される。従って、このステータ60とロータ70との
当接するヘッドマス63の端面ば共振周波数において時
計廻り方向と反時計廻り方向の回転力を生み出せること
になる。
66b (hereinafter considered as part of the longitudinal vibrator 61), and is driven in a torsional resonance mode. Note that this longitudinal vibrator 61 is excited non-resonantly in a manner that matches the resonant frequency of the stator 60. Furthermore, in the operation of the transducer portion of the mechanical channel filter using a torsional mode, the stator 60 operates in a mode by torsional deformation of a round bar similar to the movement of wringing a rag, as is well known. Moreover,
The momentum of the stator 60 is further amplified by the head mass 63. Therefore, the end faces of the head mass 63 where the stator 60 and the rotor 70 come into contact can generate rotational forces in the clockwise and counterclockwise directions at the resonance frequency.

ここで、ロータ70を反時計廻りに回転させる場合につ
いて述べる。まず、ナツト締めされたステータ60が反
時計廻りの回転力をロータ70に与えるべく、ロータ7
0に当接するヘッドマス63の端面が反時計方向に変形
したとき、縦振動子61が捩り振動に同期して軸方向に
伸び変形をするように別の電源から電圧を印加し、ロー
タ70とへラドマス63を瞬間的に強く圧接させる。
Here, a case will be described in which the rotor 70 is rotated counterclockwise. First, the stator 60, which has been tightened with a nut, applies counterclockwise rotational force to the rotor 70.
When the end face of the head mass 63 in contact with the rotor 70 deforms in the counterclockwise direction, a voltage is applied from another power source so that the vertical vibrator 61 stretches and deforms in the axial direction in synchronization with the torsional vibration. Radomas 63 is instantly and strongly pressed.

このときの摩擦力でロータ70は反時計方向に大きな回
転力を得ることができる。次に、ロータ70に当接する
ヘッドマス63の面が時計廻りに回転したときは、縦振
動子61を軸方向に収縮させて、時間的にロータ70と
ヘッドマス63の圧接力を零にしてやり、時計M’)の
捩り振動変位をロータ70へ伝達させないようにクラッ
チの働きをさせている。従って、ステータ60の捩り振
動とステータ部分に配設されている縦振動子61の伸縮
振動の一連の動作により、ロータ70は滑らかに反時計
方向に回転することができる。
The friction force at this time allows the rotor 70 to obtain a large rotational force in the counterclockwise direction. Next, when the surface of the head mass 63 in contact with the rotor 70 rotates clockwise, the vertical vibrator 61 is contracted in the axial direction, temporally bringing the contact force between the rotor 70 and the head mass 63 to zero, and clockwise. The clutch functions to prevent the torsional vibration displacement of M') from being transmitted to the rotor 70. Therefore, the rotor 70 can be smoothly rotated counterclockwise by a series of operations of the torsional vibration of the stator 60 and the expansion and contraction vibration of the vertical vibrator 61 disposed in the stator portion.

一方、ロータ70を時計廻りに回転させる場合は、ステ
ータ60はそのまま捩り共振周波数で励振させてやり、
クラッチ動作を行う縦振動子61に上述のロータ70を
反時計廻りに回転させる場合とは180度位相を異なら
しめるように位相だけを変えてやれば良い。この場合も
同様に、ロータ70は時計廻りに滑らかに回転をするこ
とができる。
On the other hand, when the rotor 70 is rotated clockwise, the stator 60 is simply excited at the torsional resonance frequency.
It is only necessary to change the phase of the longitudinal vibrator 61 that performs the clutch operation so that the phase is 180 degrees different from that in the case where the rotor 70 is rotated counterclockwise. In this case as well, the rotor 70 can rotate smoothly clockwise.

また、ヘッドマス63はAu合金で形成されているが、
このへ1合金は周知の如く軽軟質金属であり、物理的に
質量が軽く且つ曲げ易く、しかも捩り易い性質を有して
いる。従って、このAA金合金縦、捩り振動を伝え易く
、使い方によっては振動を増幅する材料であるが、機械
的強度が弱いという性質を有している。
In addition, the head mass 63 is made of an Au alloy,
As is well known, the He1 alloy is a light and soft metal, and has properties that are physically light in mass, easy to bend, and easy to twist. Therefore, although this AA gold alloy is a material that easily transmits longitudinal and torsional vibrations and amplifies the vibrations depending on how it is used, it has a property of having low mechanical strength.

更に、上述した縦振動子61及び捩り振動子62は共に
圧電セラミック構成されているが、この圧電セラミック
は圧縮力に対して極めて丈夫であるものの、張力に対し
ては極めて脆いという性質を有している。従って、縦振
動子61及び捩り振動子62にはナツト65により大き
な圧縮バイアス応力を常時加えておく必要がある。また
、ステータ60の回転をローラ70に伝えるには、ヘッ
ドマス63とロータ70が強く押し付けられていること
が不可欠であるので、ヘッドマス63とロータ70とを
ポル)67bを使い強固なコイルスプリング72および
ナツト73で台座74とベアリング71を介して押圧保
持している。更に、ステータ60が捩り振動を行うため
には、ヘッドマス63.縦振動子61および捩り振動子
62が強固に結合されていなければならない。
Furthermore, the above-mentioned longitudinal vibrator 61 and torsional vibrator 62 are both made of piezoelectric ceramic, but although this piezoelectric ceramic is extremely strong against compressive force, it has the property of being extremely brittle against tension. ing. Therefore, it is necessary to constantly apply a larger compressive bias stress to the nut 65 to the longitudinal vibrator 61 and the torsional vibrator 62. In addition, in order to transmit the rotation of the stator 60 to the rollers 70, it is essential that the head mass 63 and the rotor 70 are strongly pressed together, so the head mass 63 and the rotor 70 are connected using a strong coil spring 72 and It is pressed and held by a nut 73 via a pedestal 74 and a bearing 71. Furthermore, in order for the stator 60 to perform torsional vibration, the head mass 63 . The longitudinal vibrator 61 and the torsional vibrator 62 must be firmly coupled.

要するに、従来の超音波モータは縦振動子61と捩り振
動子62をヘッドマス63にボルト締めで結合している
In short, the conventional ultrasonic motor has a longitudinal vibrator 61 and a torsional vibrator 62 connected to a head mass 63 by bolts.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来の超音波モータは、ポル)67bを使って
ヘッドマス63とロータ70とを強固なコイルスプリン
グ72で保持している。しかし、かかる保持機構はヘッ
ドマス63に設けたメネジの精度不良によりポル)67
bが傾き、ロータ70への荷重が不均一となってスムー
ズなモータ回転を実現できないという問題がある。また
、ねじロックが構造上不可能で緩みの原因になるという
問題がある。
The conventional ultrasonic motor described above uses a pole 67b to hold the head mass 63 and rotor 70 with a strong coil spring 72. However, such a holding mechanism was not possible due to poor precision of the female screw provided in the head mass 63).
There is a problem that b is tilted and the load on the rotor 70 becomes uneven, making it impossible to realize smooth motor rotation. Further, there is a problem in that it is structurally impossible to lock the screws and causes loosening.

また、ポル)67aを使って縦、捩りの共振体をボルト
締めにより結合することは、ヘッドマス63に設けたメ
ネジの精度不良により機械的精度を出しにくくポル)6
7aが傾き、縦振動子61および捩り振動子62への荷
重が不均一となって最良の振動モードを実現できないと
いう問題がある。更には上述したねじロックが構造上不
可能で緩みの原因となったり、あるいは縦振動子61の
伸縮によりポル)67aに軸方向の準り返し引っ張り荷
重が掛かり、構造的に弱いAA合金材で構成するヘッド
マス63のねじ部に応力集中が起き、疲労破壊の原因と
なるという問題がある。
In addition, it is difficult to achieve mechanical precision when connecting vertical and torsional resonators using bolts 67a due to the poor precision of the female thread provided in the head mass 63.
7a is tilted, and the load on the longitudinal vibrator 61 and the torsional vibrator 62 becomes uneven, resulting in a problem that the best vibration mode cannot be achieved. Furthermore, the above-mentioned screw locking is structurally impossible and causes loosening, or the expansion and contraction of the vertical vibrator 61 causes a reciprocating tensile load in the axial direction to be applied to the pole 67a, which is a structurally weak AA alloy material. There is a problem in that stress concentration occurs in the threaded portion of the head mass 63, which may cause fatigue failure.

従って、振動共振体の超音波モータとしては、ねじ締結
箇所が多いと機構的自由度が大きくなることは勿論、強
度的に弱いAA合金材で構成するヘッドマス63のメネ
ジに破損をきたすという問題がある。
Therefore, as an ultrasonic motor with a vibration resonator, not only does the mechanical degree of freedom increase when there are many screw fastening points, but there is also the problem of damage to the female threads of the head mass 63, which is made of a weakly strong AA alloy material. be.

本発明の目的は、これらの機械的精度を向上させ、ロー
タへのばねの負荷力を均一化せしめ、更にはねじロック
を容易にし且つねじ緩みを無くすとともに、長期間にわ
たり特性の変化等がなく安定で信頼性の高い超音波モー
タおよび超音波モータの製造方法を提供することにある
The purpose of the present invention is to improve these mechanical precisions, make the spring load force on the rotor uniform, and furthermore, make it easier to lock the screws and eliminate the loosening of the screws, and to prevent changes in characteristics over a long period of time. An object of the present invention is to provide a stable and highly reliable ultrasonic motor and a method of manufacturing the ultrasonic motor.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の超音波モータは、縦、捩り複合圧電振動子のス
テータと、縦、捩りの振動モードを伝達するヘッドマス
と、縦、捩りの振動を受け正逆回転するロータと、前記
ステータおよびロータを前記ヘッドマスを挟んで締め付
ける中心軸とで構成する超音波モータにおいて、中間付
近の外周に突起を設けた鍔を高張力鋼の同一部材力11
ら一体形成した中心軸と、前記中心軸の鍔の周囲に溶着
した軽軟質材からなるヘッドマスとを設けて構成される
The ultrasonic motor of the present invention includes a stator of a vertical and torsional composite piezoelectric vibrator, a head mass that transmits vertical and torsional vibration modes, a rotor that receives vertical and torsional vibrations and rotates in forward and reverse directions, and the stator and rotor. In an ultrasonic motor consisting of a central shaft that is tightened by sandwiching the head mass, a collar with a protrusion on the outer periphery near the middle is made of the same member force 11 made of high-tensile steel.
The head mass is made of a light and soft material and is welded around the flange of the central shaft.

また、本発明の超音波モータの製造方法は、外周部に突
起を設けた中心軸の鍔の周囲に高張力鋼材および軽軟質
材の合成材をメッキ処理により中間層を形成し、次に内
容積がヘッドマスより若干大きめの容器内に前記中心軸
を高温にして前記中心軸の鍔が挿入できるようにし、し
かる後前記軽軟質材を溶解して前記容器に流し込み、つ
いで冷却することにより前記中心軸の鍔の周囲に硬化し
て固着させ、一体構造を形成するように構成される。
In addition, in the method of manufacturing an ultrasonic motor of the present invention, an intermediate layer is formed by plating a composite material of high-tensile steel material and light soft material around the flange of the central shaft having protrusions on the outer periphery, and then The center shaft is heated to a high temperature so that the collar of the center shaft can be inserted into a container whose volume is slightly larger than the head mass, and then the light soft material is melted and poured into the container, and then cooled to remove the center shaft. It is configured to be hardened and fixed around the collar of the shaft to form an integral structure.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す超音波モータの右半分
を断面にした正面図であり、第2図は第1図に示す一体
型中心軸の正面図である。
FIG. 1 is a front view of the right half of an ultrasonic motor showing an embodiment of the present invention in cross section, and FIG. 2 is a front view of the integrated central shaft shown in FIG. 1.

第1図および第2図に示すように、本実施例において、
ステータ10はナツト締めされた縦と捩りの両方向の変
位を出力させることのできるステータ部分を示す。例え
ば、ジルコンチタン酸鉛系圧電セラミックのような圧電
材料から成るリング状圧電素子12(捩り振動子)は、
すべて円周方向に分極されている。これらの圧電素子は
Cu等でできた電極板12aを間に介してエポキシ系等
有機接着剤あるいはハンダ等で強固に積層接着される。
As shown in FIGS. 1 and 2, in this example,
Stator 10 represents a nut-tight stator portion capable of outputting displacements in both longitudinal and torsional directions. For example, the ring-shaped piezoelectric element 12 (torsion vibrator) made of a piezoelectric material such as zirconium titanate-based piezoelectric ceramic,
All are circumferentially polarized. These piezoelectric elements are firmly laminated and bonded using an organic adhesive such as epoxy, solder, etc., with an electrode plate 12a made of Cu or the like interposed therebetween.

しかも、−枚一枚は互いに逆向きに分極されている。す
なわち、1,3.5段目が時計廻りに分極されていれば
、2,4.6段目が反時計廻りに分極される。また、上
下面に電極がスパッタ、メッキあるいは蒸着等の方法で
施され、並列に電気端子が取り出されている。従って、
周知の捩り振動子の原理に基づき、より多層の圧電素子
からなる捩り振動変換部分では、相隣接する圧電素子の
分極方向は互いに逆向きとなる。更に、11はリング型
形状の積層圧電アクチュエータ(縦振動子)であり、絶
縁体16a、16bによって捩り振動素子12と電気的
に絶縁されている。
Furthermore, each of the -plates is polarized in opposite directions. That is, if the 1st and 3.5th stages are polarized clockwise, the 2nd, 4th and 6th stages are polarized counterclockwise. Further, electrodes are applied to the upper and lower surfaces by a method such as sputtering, plating, or vapor deposition, and electrical terminals are taken out in parallel. Therefore,
Based on the well-known principle of a torsional oscillator, in a torsional vibration conversion section made up of more layers of piezoelectric elements, the polarization directions of adjacent piezoelectric elements are opposite to each other. Furthermore, 11 is a ring-shaped laminated piezoelectric actuator (vertical vibrator), which is electrically insulated from the torsional vibration element 12 by insulators 16a and 16b.

また、ヘッドマス13はAA合金鋳物等の軽軟質材から
なり、中心軸17a、17bの鍔18の周囲に溶着て一
体化して構成される。その一方の端面ば縦振動子11の
端面に絶縁体16aを介して固着され、他方の端面は摺
動材22を介してロータ20が圧接されている。すなわ
ち、中心軸17a、17bおよび鍔18は一体で高張力
鋼で構成し、さらに鍔18の外周には、突起を設けてヘ
ッドマス13が備わっている。従ってヘッドマス13は
縦振動子11と捩り振動子12から出力され振幅を増幅
し、その増幅された振幅をロータ20の接触面に摺動材
22を介して出力する。また、金属ブロック14は中心
軸17aとナツト15により静的な圧力が縦振動子11
と捩り振動子12および絶縁体16a、16bの各部分
に均一に印加するために設けられている。
The head mass 13 is made of a light and soft material such as AA alloy casting, and is integrally welded around the collars 18 of the central shafts 17a and 17b. One end face is fixed to the end face of the vertical vibrator 11 via an insulator 16a, and the other end face is pressed into contact with a rotor 20 via a sliding member 22. That is, the central shafts 17a, 17b and the collar 18 are integrally made of high-tensile steel, and the outer periphery of the collar 18 is provided with a head mass 13 with a protrusion. Therefore, the head mass 13 amplifies the amplitude of the output from the longitudinal vibrator 11 and the torsional vibrator 12, and outputs the amplified amplitude to the contact surface of the rotor 20 via the sliding member 22. In addition, the metal block 14 has a central axis 17a and a nut 15 that apply static pressure to the vertical vibrator 11.
This is provided to uniformly apply the voltage to each part of the torsional vibrator 12 and the insulators 16a and 16b.

一方、ロータ20は円筒状をなしており、その筒内にベ
アリング21を設けるとともに、中心軸17bに対して
軸方向に自由度を有して回転自在に支持されている。し
かも、ロータ20の端面をステータ10に圧接する力は
ばね23により台座25およびベアリング21を介して
伝達されている。上述した摺動材22は耐摩耗性に優れ
ており、ヘッドマス13の端面に接着されている。
On the other hand, the rotor 20 has a cylindrical shape, a bearing 21 is provided in the cylinder, and the rotor 20 is rotatably supported with a degree of freedom in the axial direction with respect to the central axis 17b. Furthermore, the force that presses the end surface of the rotor 20 against the stator 10 is transmitted by the spring 23 via the pedestal 25 and the bearing 21. The sliding material 22 described above has excellent wear resistance and is bonded to the end surface of the head mass 13.

超音波モータを動作可能にするためには、非動作時にス
テータ10とロータ20が静的な強い圧力で互いに圧接
されている必要がある。
In order to enable the ultrasonic motor to operate, the stator 10 and rotor 20 must be pressed against each other with strong static pressure when not in operation.

すなわち、中心軸17b、ばね23.ナツト24及び台
座25は静的圧力印加手段を形成し、特に台座25はベ
アリング21の内輪の端面に圧接され、ロータ20がベ
アリング21の外輪に圧接される構成になっている。従
って、ロータ20が回転したとき、前記静的圧力印加手
段としての部材が回転することはない。
That is, the central axis 17b, the spring 23. The nut 24 and the pedestal 25 form a static pressure applying means, and in particular, the pedestal 25 is pressed against the end face of the inner ring of the bearing 21, and the rotor 20 is pressed against the outer ring of the bearing 21. Therefore, when the rotor 20 rotates, the member serving as the static pressure applying means does not rotate.

上述した超音波モータの#I或から明かな如く、ステー
タ10はあたかも雑巾をしぼる運動に似た丸棒の捩り変
形によるモードで動作する。ところで、ナツト15の緩
みや変形等は特性に著しく変化があられれるため、ナツ
ト15と中心軸17aとは完全に締結される必要がある
。そこで、中心軸17aに絶縁体16a、縦振動子11
、絶縁体16b、支持板30、捩り振動子1.2、金属
ブロック14の順で挿入してヘッドマス13の端面にエ
ポキシ系等有機接着剤あるいはハンダ等で強固に接着を
行い、ナツト15で加圧圧接しヘッドマス13の楕円運
動を最適な状態に調整するとともに中心軸17aおよび
ナツト15の結合ねじ部n1点をスポット溶接により結
合ねじ部周囲を数箇所溶解固着する。この場合、スポッ
ト溶接には、レーザスポット溶接の他に電気スポット溶
接が可能である。
As is clear from the above-mentioned ultrasonic motor #I, the stator 10 operates in a mode of torsional deformation of a round rod similar to the movement of wringing a rag. By the way, the nut 15 and the central shaft 17a need to be completely fastened because the loosening, deformation, etc. of the nut 15 can significantly change the characteristics. Therefore, the insulator 16a and the longitudinal vibrator 11 are attached to the central axis 17a.
, the insulator 16b, the support plate 30, the torsional oscillator 1.2, and the metal block 14 are inserted in this order and firmly adhered to the end face of the head mass 13 with an organic adhesive such as epoxy or solder, and then tightened with a nut 15. The elliptical movement of the press-welded head mass 13 is adjusted to an optimal state, and the center shaft 17a and the joint threaded portion n1 of the nut 15 are melted and fixed at several points around the joint threaded portion by spot welding. In this case, spot welding can be performed by electric spot welding in addition to laser spot welding.

更に、ロータ20はへラドマス13′の端面の楕円運動
を受けるので、その摩擦力により回転する。
Further, since the rotor 20 is subjected to the elliptical movement of the end face of the heradomas 13', the rotor 20 rotates due to the frictional force thereof.

従って、ロータ20はヘッドマス13の端面への押し付
は力が顕著に特性に影響することが分かる。
Therefore, it can be seen that the force with which the rotor 20 is pressed against the end surface of the head mass 13 significantly affects the characteristics.

それ故、押し付は力をナツト24により最適に調整しナ
ツト24を軸17bと完全に固着する必要がある。そこ
で、ステータ1oのナツト15の締結と同様に中心軸1
7bとナツト24の結合ねじ部n2点をスポット溶接に
て結合ねじ部周囲を数箇所溶解固着するとより効果的で
ある。
Therefore, it is necessary to optimally adjust the pressing force using the nut 24 to completely fix the nut 24 to the shaft 17b. Therefore, in the same way as tightening the nut 15 of the stator 1o,
It is more effective to melt and fix the joint thread part n2 of the joint thread part 7b and the nut 24 by spot welding at several points around the joint thread part.

次に、本発明の超音波モータの製造方法について説明す
る。
Next, a method for manufacturing an ultrasonic motor according to the present invention will be explained.

第1図および第2図に示すように、中心軸17a、17
bおよび鍔18は、前述したとおり、体に高張力鋼で構
威し、さらに鍔18の外周には、機械加工によりダイヤ
モンド型ナールを構成した突起を設けてヘッドマス13
が備わり、ヘッドマス13および軸17a、17bから
外力が加わっても互いに前記突起が位置ずれ防止壁とし
て作用し、位置ずれを生じないようにしている。かかる
ヘッドマス13はアルミニウム合金鋳物等の軽軟質材で
中心軸17a、17bおよび鍔18の周囲に溶着で固定
される。この溶着はまず中心軸17a、17bおよび鍔
18を600〜700℃程度の高温で行ない、ヘッドマ
ス13と高張力鋼材との合金材にメッキ処理を施し、拡
散状態にして表面に中間層を形成する。さらに、中心軸
17a。
As shown in FIGS. 1 and 2, central axes 17a, 17
As mentioned above, the body of the b and the tsuba 18 is made of high-tensile steel, and the outer periphery of the tsuba 18 is provided with a protrusion in the form of a diamond-shaped knurl by machining to form the head mass 13.
Even if an external force is applied from the head mass 13 and the shafts 17a, 17b, the protrusions act as a wall to prevent misalignment, thereby preventing misalignment. The head mass 13 is made of a light and soft material such as aluminum alloy casting and is fixed around the central shafts 17a, 17b and the collar 18 by welding. This welding is first performed on the center shafts 17a, 17b and the collar 18 at a high temperature of about 600 to 700°C, and the head mass 13 and the alloy material of high tensile strength steel are plated and brought into a diffusion state to form an intermediate layer on the surface. . Furthermore, the central axis 17a.

17bおよび鍔18を挿入可能で且つヘッドマス13よ
りも若干大きめな内容積を有する容器に中心軸17a、
17bおよび鍔18をセットし、600〜700℃程度
の高温にした状態でヘッドマス13の材料を溶解して流
し込み、前記中間層となじませながら冷却すると、中心
軸17a。
17b and a flange 18, and which has an internal volume slightly larger than the head mass 13, a central shaft 17a,
17b and the collar 18 are set, and the material for the head mass 13 is melted and poured at a high temperature of about 600 to 700° C., and cooled while blending with the intermediate layer to form the central shaft 17a.

17bおよび鍔18は強固に固着される。また、上述し
た方法では、部材を高温に上げるため部材の変形が考え
られるので、あらかじめ若干大きく構成するとともにヘ
ッドマス13が固着された段階で機械加工等の最終仕上
げを施すことにより一層高精度とすることができる。
17b and collar 18 are firmly fixed. In addition, in the method described above, the deformation of the member is possible due to raising the temperature of the member, so higher precision can be achieved by making the member slightly larger in advance and performing final finishing such as machining after the head mass 13 is fixed. be able to.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の超音波モータとその製造
方法は中心軸にヘッドマスを溶着して一体化したことに
より、ねじ締結が無くなり、ヘッドマスと軸との直角度
および同心円度の精度が向上するとともに圧接力が均等
化したことから、回転変動が極小になり、効率アップお
よび大トルク化を実現できるという効果がある。
As explained above, the ultrasonic motor of the present invention and its manufacturing method integrate the head mass by welding it to the central shaft, eliminating the need for screw fastening and improving the accuracy of the perpendicularity and concentricity between the head mass and the shaft. At the same time, since the pressure contact force is equalized, rotational fluctuations are minimized, which has the effect of increasing efficiency and increasing torque.

また、本発明は中心軸を一本化することにより、機械的
精度の向上はもちろん強度が強く、経年変化および疲労
破壊を防止できるという効果がある。
Further, by unifying the central axis, the present invention not only improves mechanical precision but also has strong strength and is effective in preventing aging and fatigue failure.

更に、本発明はねじ締結部を外側に位置させることによ
り、簡易的にねじロックを可能とするので、部材構成上
級みを生じる部分を削除し機械的に剛体で安定化させる
ことができるという効果がある。
Furthermore, the present invention makes it possible to easily lock the screws by locating the screw fastening portions on the outside, which has the effect of eliminating parts that cause stiffness in the member structure and making it possible to stabilize the screws with a mechanically rigid body. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す超音波モータの右半分
を断面にした正面図、第2図は第1図に示す一体型中心
軸の正面図、第3図は従来の一例を示す超音波モータの
右半分を断面にした正面図である。 10・・・・・・ステータ、11・・・・・・縦振動子
、12・・・・・・捩り振動子、13・・・・・・ヘッ
ドマス、14・・・・・・金属ブレツク、15.24・
・・・・・ナツト・、16a。 16b・・・・・・絶縁体、17a、17b・・・・・
・中心軸、18・・・・・・鍔、20・・・・・・ロー
タ、21・・・・・・ベアリング、22・・・・・・摺
動材、23・・・・・・ばね、25・・・・・・台座、
30・・・・・・支持板、nl、n2・・・・・・ねじ
部。
Fig. 1 is a front view of the right half of an ultrasonic motor showing an embodiment of the present invention in cross section, Fig. 2 is a front view of the integrated central shaft shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a conventional example. FIG. 2 is a front view of the right half of the ultrasonic motor shown in section. 10... Stator, 11... Longitudinal vibrator, 12... Torsional vibrator, 13... Head mass, 14... Metal block, 15.24・
...Natsuto, 16a. 16b...Insulator, 17a, 17b...
・Central shaft, 18...Brim, 20...Rotor, 21...Bearing, 22...Sliding material, 23...Spring , 25... pedestal,
30...Support plate, nl, n2...Threaded part.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)縦、捩り複合圧電振動子のステータと、縦、捩り
の振動モードを伝達するヘッドマスと、縦、捩りの振動
を受け正逆回転するロータと、前記ステータおよびロー
タを前記ヘッドマスを挟んで締め付ける中心軸とで構成
する超音波モータにおいて、中間付近の外周に突起を設
けた鍔を高張力鋼の同一部材から一体形成した中心軸と
、前記中心軸の鍔の周囲に溶着した軽軟質材からなるヘ
ッドマスとを設けることを特徴とする超音波モータ。
(1) A stator of a vertical and torsional composite piezoelectric vibrator, a head mass that transmits vertical and torsional vibration modes, a rotor that rotates in forward and reverse directions in response to vertical and torsional vibrations, and the stator and rotor are placed on both sides of the head mass. In an ultrasonic motor, the ultrasonic motor consists of a central shaft for tightening, a central shaft having a flange with a protrusion on the outer periphery near the middle integrally formed from the same high-tensile steel material, and a light soft material welded around the flange of the central shaft. An ultrasonic motor characterized by having a head mass consisting of:
(2)請求項(1)記載の超音波モータの製造方法にお
いて、外周部に突起を設けた中心軸の鍔の周囲に高張力
鋼材および軽軟質材の合成材をメッキ処理により中間層
を形成し、次に内容積がヘッドマスより若干大きめの容
器内に前記中心軸を高温にして前記中心軸の鍔が挿入で
きるようにし、しかる後前記軽軟質材を溶解して前記容
器に流し込み、ついで冷却することにより前記中心軸の
鍔の周囲に硬化して固着させ、一体構造を形成すること
を特徴とする超音波モータの製造方法。
(2) In the method for manufacturing an ultrasonic motor according to claim (1), an intermediate layer is formed by plating a composite material of high-tensile steel material and light soft material around the collar of the central shaft having a protrusion on the outer periphery. Next, the central shaft is heated to a high temperature in a container whose internal volume is slightly larger than the head mass so that the collar of the central shaft can be inserted, and then the light soft material is melted and poured into the container, and then cooled. A method of manufacturing an ultrasonic motor, characterized in that the periphery of the flange of the central shaft is hardened and fixed to form an integral structure.
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